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电磁骚扰的产生及现象
所谓电磁骚扰,是指任何可能引起装置、设备或系统性能降低或对有生命或无生命物质产生损害作用的电磁现象。电磁骚扰可能是电磁噪声、无用信号或传播媒介自身的变化等等。
从定义可知,电磁骚扰仅仅是电磁现象,即客观存在的一种物理现象,它可能引起降级或损害,但不一定已经形成后果。
目前,电磁骚扰最多的场合是:高速数字信号线路、开关电路、脉冲发生电路和大功率控制电路等在极短的时间内电压电流急速变化的场合,所含有电感和电容的电路通断的场合。另外,磁场、电场、电荷等电量急速变化时,同样产生电磁骚扰。开关动作的电路中,电压/电流的增大或衰减时间越短,则噪声的带宽越宽;急速变化的电压V及电流I的幅值越大,则噪声的幅度越大。特别是在电感性负载的电路中,电路从通转换成断的瞬间,容易产生断续的电磁干扰。
随着电力需求的增长,电力传送越来越高压化。高压往往会发生局部放电,向空间发射电磁波。这种电磁波对中波广播信号和VHF频带的电视信号影响最大。
局部放电可以分为正电晕放电、负电晕放电和火花放电三种。正电晕放电产生噪声随着频率的增加按照正比例规律衰减,因此重要对中波广播信号产生骚扰。火花放电产生的噪声,从广播频段到电视频段几乎没有衰减,因此对广播和电视都有影响。
另外,导体表面电位的变化越大,越容易发生正电晕放电,因此导体表面上一旦有水滴状突起物,噪声就会增加。因此雨天的噪声比晴天要大,雨越大,噪声越强,但是当降雨量超过10mm / h时,噪声就不再增加。
减小电磁骚扰的方法和措施
常用的减小电磁骚扰的方法有屏蔽、滤波、电路设计、线路板布线、吸收等。
屏蔽:用金属材料将机箱内部产生噪声封闭起来的方法称为屏蔽。屏蔽对防止外部噪声进入机箱也是同样有效的。电场屏蔽和磁场屏蔽的方法是不同的。
电场屏蔽中用导体将噪声源包围起来,然后接地,旧能达到屏蔽的目的。并且,由于导体表面的反射损耗很大,因此很薄的材料(铝箔、铜箔)也有屏蔽效果。另外,机箱上即使有缝隙,也不会产生太大的影响。
磁场屏蔽中,直流磁场/低频磁场和高频磁场的屏蔽方法是不同的。直流磁场/低频磁场的屏蔽需要用厚的高导磁率材料包围起来,高频磁场的屏蔽要使用导电率高的材料完全封闭起来。
滤波:将有用信号和噪声分离开,滤除噪声的器件。根据电路原理,有用扼流圈阻止噪声的方法,用电容旁路噪声的方法,或两者结合的方法进行。
电路设计:由于时钟频率越高,高频能量辐射越强,因此在数字电路中不要使用过高的时钟频率。线路板上的总线、较大的环路面积和较长的导线都是强辐射源,因此,除非必要,要尽量避免这些情况的出现。使用大规模集成电路能够大幅度减少线路板上走线,从而减小辐射。在选用集成电路时,也有些问题需要注意。例如,高速MOS电路在高频使用时,消耗功率较大,并且由于输出电压幅度较高,低频段的高次谐波较强,这些都会导致较强的辐射。高速肖特基电路由于脉冲上升时间很短,因此会在很高的频率范围内产生辐射。在功能允许的条件下,尽量使用标准型电路。
线路板:线路板上的走线是主要的辐射源。走线产生辐射主要是由于逻辑电路中电流的突变,在导线的电感上产生了感应电压,这个电压会产生较强的辐射。另外,由于导线其着辐射天线的作用,因此导线的长度越长,辐射的效率越高。因此,线路板布线的基本原则是,减小导线的电感,例如使用最短的走线,电流较大的电源线和地线要粗一些。
吸收:相对于屏蔽材料,吸收电磁骚扰的吸波材料更具有优势,其主要特点体现在:不是象屏蔽材料那样进行强行阻挡,而是将所产生的电磁骚扰吸收并进行能量转换,使之在有限的空间内消失耗散,同时,不会象金属屏蔽材料那样发生反射、折射和散射现象。这样,将有效、彻底地保证空间的洁净和免电磁骚扰。
吸波材料还具有可根据需要制作成不同厚度、可任意裁剪使用、适用范围宽泛等多方面优点,是消除电磁骚扰最理想的材料和方法。
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